Mikrobiom i funkcionalna hrana, kako to važno i magično zvuči. Nisi u
trendu ako ne spomeneš mikrobiom, za sve prije ili kasnije bude
okrivljen, postoji tisuću i jedan pripravak/funkcionalna hrana koja bi
ga trebala poboljšati, no ima li taj marketinški trend stvarnog
znanstvenog utemeljenja? Jednom sam prilikom na nekom predavanju čula
kako na nama i u nama živi nekoliko kilograma mikroorganizama. Oni čine
naš mikrobiom. Zapravo, možda je točnije reći mikrobiome, jer se
mikroorganizmi koji žive na koži razlikuju od onih koji žive u probavnom
ili mokraćnom sustavu. Dakle, svuda po nama i u nama žive uglavnom
bakterije, ali ima tu i gljivica, virusa, protista i arhea kao naših
standardnih podstanara. Smatra se da je broj bakterija u našem organizmu
jednak broju naših stanica, no ako pogledamo genom koji te bakterije
nose, zapravo imamo ogromnu genetsku raznolikost (preko 600 tisuća gena)
koja nije vezana uz našu DNA a također može proizvoditi proteine i
druge molekule i utjecati na funkciju našeg organizma. Možda ova
činjenica nekome izaziva anksioznost i želju da se instantno dezinficira
iznutra i izvana, no nema za to potrebe, dapače to može biti štetno jer
tako remetimo ravnotežu koja se uspostavila u mikrobiomskom ekosustavu.
Kako se razvijala molekularna mikrobiologija postalo je moguće
identificirati mikroorganizme sekvenciranjem njihovog genoma direktno iz
nekog uzorka često i bez potrebe uzgajanja u nekom mediju tj. u kulturi
in vitro. Time se preskočila značajna barijera u istraživanju
mikrobioma jer su se u prethodnim vremenima mogli identificirati i
karakterizirati samo oni mikroorganizmi koji su se mogli uzgojiti na
laboratorijskim podlogama, a to je tek manji dio svega što u tome
svijetu obitava. Danas znamo da unutrašnjost našeg organizma koja se
nekad smatrala sterilnom to uopće nije. Stoga se biološki naš organizam
može smatrati i simbiotskim metaorganizmom u kojem mi mikroorganizmima
dajemo hranu i stanište a oni nam pomažu u probavi i metabolizmu ali i
nizu drugih životnih funkcija. Ovakvi tehnološki pomaci u identifikaciji
mikroorganizama doveli su do prave eksplozije istraživanja populacija
mikroorganizama na različitim staništima, od tla i rijeka do našeg
organizma. I tada je skovan pojam mikrobiom koji označava cjelokupnu
populaciju mikroorganizama nekog staništa.
Različiti mikroorganizmi žive u/na nama u relativnom miru i ravnoteži
populacija. Radi se o dinamičkoj ravnoteži koja odgovara na podražaje
iz okoline. Primjerice, mikrobiom crijeva ovisan je o našoj prehrani ili
korištenju antibiotika. Pokazalo se da osobe različitih stilova
prehrane imaju i različite sastave mikrobioma crijeva. Također ukoliko
osoba promijeni prehranu, mijenja se i sastav njenog mikrobioma crijeva,
no također se pokazalo kako su te promjene kratkog vijeka jer se
vraćanjem na neki uobičajeni način prehrane, ili prestankom korištenja
antibiotika, naš mikrobiom vraća na početno stanje sastava koje smo
usvojili kod prve kolonizacije našeg organizma pri rođenju. Vezano uz tu
primarnu kolonizaciju, razmatrale su se i razlike u tome je li netko
rođen carskim rezom ili vaginalnim porodom jer je i o tome ovisna
primarna kolonizacija i sastav našeg budućeg mikrobioma. Naravno, uočene
su razlike, no jesu li one uistinu bitne za naš daljnji život to je još
dvojbeno. Kad smo objasnili pojam dinamičke ravnoteže jasno je da se
ona može poremetiti i taj se to obično naziva disbioza te može imati
značajni utjecaj na zdravlje organizma, od nedvojbeno utvrđenih
zdravstvenih problema ali i do maglovitih općih stanja umora, mozgovne
omaglice i sličnih pojava koje ovo često prate.
Poremećaji ravnoteže mikrobioma potencijalno mogu uz kratkoročne
izazvati i dugoročne negativne učinke na zdravlje te se sve više i više
poremećaji mikrobioma određenih organskih sustava povezuju s pojavom
kronične upale, pretilosti te protumorskih procesa. Svi znamo za utjecaj
bakterije Helicobacter pylori na pojavu karcinoma želuca, no
postoji sve više indicija i da neke bakterije koje obitavaju u našim
crijevima također doprinose nastanku tumora debelog crijeva. Da stvar
bude još kompliciranija i sami tumori imaju svoj mikrobiom, odnosno
mikroorganizme koji u njima žive te tako mogu primjerice utjecati na
napredovanje samog tumora te njegov odgovor na terapiju budući da mogu
utjecati na metabolizam lijekova te također i na naš imunosni sustav da
se bolje ili lošije nosi s tumorom. Iz svega navedenog jasno je zašto je
bitno spoznati sastav zdravog funkcionalnog mikrobioma svakog našeg
organskog sustava kao i njegove promjene koje imaju pozitivan ili
negativan učinak na naše zdravlje. Mikrobiom u našem organizmu obavlja
niz važnih uloga kao što su nadvladavanje patogena ali i sinteza i
degradacija čitavog niza bioaktivnih molekula. Mikrobiomni organizmi
često koriste spojeve koji ne bi bili dostupni domaćinu da ih prethodno
upravo oni nisu razgradili. No mikroorganizmi se mogu i natjecati sa
stanicama domaćina za metabolite koji su im bitni za život.
Sljedeći korak u razmišljanju jest manipulacija sastavom mikrobioma
kako bi ga se usmjerilo u za naše zdravlje povoljnijem smjeru. Ovdje na
scenu stupaju prebiotici, probiotici i postbiotici. Iako su ove kovanice
relativno novijeg datuma, probiotici su s nama oduvijek a mnogi
prebiotici su korišteni u našoj prehrani već tisućama godina iako nismo
znali koja je njihova dobrobit. Postbiotici su najnoviji pojam u ovom
nizu i budući da se do njihove identifikacije došlo recentnijim
znanstvenim istraživanjima može se reći da bi mogli ako ih savladamo i
njima ovladamo, predstavljati iskorak u odnosu na prije navedene
skupine.
Probiotici se nalaze u određenoj hrani ili preparatima a radi se o
živim mikroorganizmima koji se smatraju blagotvornima za naš organizam.
Najpoznatiji predstavnici su Lactobacillus rhamnosus GG poznatiji kao LGG ili Saccharomyces boulardii.
Danas ih možemo konzumirati u raznim mliječnim proizvodima ali i kao
farmaceutske pripravke koji su dostupni u različitim oblicima u
slobodnoj prodaji. Mehanizmi njihovog djelovanja su različiti a
uključuju kompeticiju s bakterijama koje su štetne za naše zdravlje. To
čine lučenjem antimikrobnih metabolita koje nazivamo bakteriocinima i
defenzivnima. Također mogu djelovati imunomodulatorno tako da utječu na
lučenje protuupalnih molekula a mogu i ojačati mukozni sloj naših
crijeva. Ova svojstva ih čine zanimljivima u kroničnim upalnim bolestima
crijeva koje između ostalog karakterizira nedostatak bakterijskih
populacija s protuupalnim aktivnostima kao i povećani udio bakterija s
proupalnim učinkom. Stoga je ideja moduliranja sastava mikrobioma
crijeva kod ovih bolesnika u cilju pomaka ka zdravoj dinamičkoj
ravnoteži vrlo plauzibilna.
Prebiotici su tvari koje se nalaze u hrani poput biljnih vlakana koja ne možemo probaviti bez pomoći bakterija u našem probavnom sustavu. Mogli bismo reći kako su prebiotici hrana mikroorganizmima koji se nalaze u probioticima. Radi se o tvarima koje su supstrat mikroorganizmima kako bi iz njih proizveli za nas korisne spojeve. Najčešće se nalaze u povrću, voću i žitaricama i po kemijskom sastavu ulaze u skupine oligosaharida, neprobavljivih ugljikohidrata te nezasićenih masnih kiselina. Najviše istraživani predstavnici su inulin, pektin i galaktani. Kako se radi o spojevima iz hrane, logično je da djeluju na naš probavni sustav, no utvrđeni su njihovi učinci i u drugim organskim sustavima. Prebiotici su korisni u našoj obrani od patogena ali i u jačanju imunosne tolerancije. Pokazalo se kako pogoduju rastu bifidogenih bakterija koje su korisne za naš organizam te tako utječu na održanje crijevne barijere te propusnosti. Kako su ove funkcije bitne za osobe s kroničnim upalnim bolestima crijeva, prebiotici su i najviše istraživani najprije u tom kontekstu. Preliminarne in vitro studije su u nekim slučajevima indicirale da bi korištenje prebiotika moglo smanjivati parametre upale, no u kliničkim studijama još nije izveden konačni zaključak. Također, u nekim studijama se pokazalo kako čisti izolati inulina u nekim modelima suplementacije u najmanju ruku nisu korisni a mogu biti potencijalno i štetni za našu jetru. Radna je hipoteza da takav pročišćeni visokokoncentrirani inulin izvan konteksta prave namirnice u kojoj se nalaze i druga vlakna, dolazi „serviran“ crijevnim bakterijama prebrzo i u velikoj dozi što nije fiziološko stanje stvari. Na taj način pogoduje više određenim bakterijama koje se namnože i poremećuju dinamičku ravnotežu na štetu nekih drugih sojeva.
Kako se pokazalo da zbog razlika u mikrobiomu različito
metaboliziramo prebiotike a dodavanje probiotskih bakterija u vidu
suplemenata izvana nije uvijek učinkovito, najnoviji trendovi u ovom
području usmjeravaju se ka konačnim produktima tj. postbioticima.
Postbiotici su tvari koje nastaju kada probiotski mikroorganizmi
metaboliziraju prebiotske tvari. Anaerobne bakterije u našem crijevu
prilikom fermentiranja vlakana unesenih prehranom stvaraju. To su dakle
konačni produkti djelovanja prebiotika i probiotika. Primjer takvih
spojeva su masne kiseline kratkih lanaca (engl. SCFA, short chain fatty
acids), a najznačajniji predstavnici SCFA su acetat, propionat i
butirat. Butirat nastaje najviše kao rezultat metabolizma bakterija iz
skupine Firmicutes dok su bakterije iz skupine Bifidobacterium
proizvođači propionata i acetata.
SCFA su glavni izvor energije stanica debelog crijeva i sudjeluju u
nizu različitih procesa u crijevu poput pokretljivosti, imunomodulacije
ali imaju utjecaj i na razini ekspresije gena. Pokazalo se da SCFA
poboljšavaju funkciju crijevne barijere te da osobe s kroničnim upalnim
bolestima crijeva imaju snižene razine SCFA u sluznici i stolici. Stoga
se smatra kako one imaju protuupalnu funkciju u organizmu. Butirat je
trenutno najviše istraživana SCFA te se pokazalo kako ima značajnu ulogu
u regeneraciji epitela crijeva, protuupalna svojstva te smanjuje
ekspresiju proupalnih citokina.
Osim što se nastanak postbiotika u našem organizmu odvija spontano
(primjer su vitamin B12, vitamin K, folat kao i neke aminokiseline),
danas je moguće u in vitro sustavima uzgojiti organizme koji ih
proizvode te izolirati neke od tih spojeva. Najčešće korišteni sojevi
bakterija i gljivica korištenih za proizvodnju postbiotika su
Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus, Akkermansia muciniphila,
Saccharomyces boulardii, Eubacterium hallii te
Faecalibacterium. Postbiotici mogu djelovati lokalno ali i na čitav
organizam. Ideja najnovijeg trenda istraživanja postbiotika je da ako se
neki od tih spojeva pokažu djelotvornima, mogli bi se stvoriti izolati
viših koncentracija i koristiti u terapeutske svrhe. Takvi spojevi su
ujedno i stabilniji od probiotskih suplemenata koji moraju zadržati
vijabilnost bakterija koje se nalaze u preparatu pa imaju relativno
kratki rok trajanja. Također se izbjegava potencijalni rizik davanja
preparata sa živim mikroorganizmima kao i nuspojave takvih tipova
preparata.
Osim produkata metabolizma anaerobnih bakterija u crijevu u skupinu
postbiotika se također ubrajaju i dijelovi mikrobnih organizama poput
primjerice spojeva njihove stanične stijenke koji mogu imati utjecaj na
naš imunosni sustav. U tu skupinu svrstavamo proteine koji se nalaze na
njihovoj površini (engl. surface-layer proteins, SLPs), peptidoglikani
kod bakterija sa staničnom stijenkom te LTA i TA kiseline iz stanične
stijenke gram pozitivnih bakterija. Njihov učinak na domaćina zasad je
čini se dvojak jer u nekim segmentima imunosnog odgovora djeluju
protuupalno no također potiču i neke proupalne signale te je konačni
utjecaj na organizam rezultat neto zbroja svih učinaka koje je stoga
teško istraživati i doći do nekog konačnog stava.
U skupinu postbiotika ulaze i bakterijski lizati, supernatanti
dobiveni iz kultura kvasaca i bakterija, enzimi te egzo i
lipopolisaharidi. Naravno, postoji i cjelovita hrana koja je izvor
postbiotika poput svježeg sira i jogurta, ukiseljenih krastavaca,
kimchija ili naše varijante ukiseljenog kupusa, kefira, kombuche ili
miso juhe. Zanimljivo je i kako i sada vrlo popularni artisan pekarski
proizvodi temeljeni na kiselom tijestu (sourdough) također sadrže
spojeve koji su nastali fermentacijom a korisni su za naš organizam.
Primijetit ćete također da se neke namirnice ponekad svrstavaju u
prebiotike i probiotike. Ako ponovno pogledamo definiciju, to nije čudno
jer je moguće da neka namirnica, poput kefira bude i prebiotik, da
sadrži neke bakterije koje su povoljne za naš mikrobiom, a da sadrži i
već fermentirane spojeve (postbiotike) koji su blagotvorni za naš
organizam.
Još jedan pojam koji se sve češće spominje su sinbiotici, preparati koji kombiniraju prebiotike i probiotike s ciljem da se dobije sinergistički ili aditivni učinak obje komponente kako bi probiotski mikroorganizmi bolje preživjeli u našem probavnom sustavu te bi se istovremeno izbjegli neželjene nuspojave.
Ovaj pregled uglavnom se temeljio na učincima prebiotika, probiotika i postbiotika direktno na probavni sustav, no postoje istraživanja njihovog učinka i na druge sustave. Poseban potencijal u tom pogledu mogli bi imati postbiotici budući da se radi o metabolitima koji mogu prelaziti u naš krvotok i djelovati sistemski. Uostalom bakterije to već i danas čine te je pokazano da neki od spojeva koji su rezultat metabolizma bakterija u našem probavilu mogu utjecati čak i na naš živčani sustav kao neurotransmiteri i neuromodulatori. Detaljnije spoznavanje uloge prebiotika, probiotika i postbiotika kao i njihova kontrolirana terapijska primjena zasigurno je stvar budućnosti no to nas ne sprečava da već danas koristimo blagodati fermentiranih mliječnih proizvoda kao i ukiseljenog povrća. Stoga ne čudi kako se nekoliko eminentnih profesora sa Stanforda nedavno u jednom američkom biomedicinskom podcastu (hubermanlab.com) pohvalilo da su pokrenuli trend kiseljenja kupusa u vlastitom domu a to je vještina u kojoj smo mi na ovim prostorima eksperti.
Literatura
1) Lê A, Mantel M, Marchix J, Bodinier M, Jan G, Rolli-Derkinderen M. Inflammatory bowel disease therapeutic strategies by modulation of the microbiota: how and when to introduce pre-, pro-, syn-, or postbiotics? Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2022 Dec 1;323(6):G523-G553. doi: 10.1152/ajpgi.00002.2022.
2) Spivak I, Fluhr L, Elinav E. Local and systemic effects of microbiome-derived metabolites. EMBO Rep. 2022 Oct 6;23(10):e55664. doi: 10.15252/embr.202255664.
3) Cullin N, Azevedo Antunes C, Straussman R, Stein-Thoeringer CK, Elinav E. Microbiome and cancer. Cancer Cell. 2021 Oct 11;39(10):1317-1341. doi: 10.1016/j.ccell.2021.08.006.
4) Thorakkattu P, Khanashyam AC, Shah K, Babu KS, Mundanat AS, Deliephan A, Deokar GS, Santivarangkna C, Nirmal NP. Postbiotics: Current Trends in Food and Pharmaceutical Industry. Foods. 2022 Oct 5;11(19):3094. doi: 10.3390/foods11193094.
ideje.hr